[發明專利]一種對稱雙極MMC直流側單極接地故障穿越和恢復方法

有效

• 申請號: 201710199650.7
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN107069679B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 林磊;何震;胡家兵;徐晨;胡凱
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張建偉;曹葆青

本發明提出了一種對稱雙極MMC直流側單極接地故障穿越和恢復方法。本發明通過直流斷路器和換流器的配合，實現了對直流故障電流的開斷和功率的恢復，保護換流器的安全運行。通過健全極和故障極的有功功率和無功功率配合減小了故障期間換流站的有功功率缺額，同時向電網提供額定的無功功率，減小了故障對交流系統的沖擊；通過對換流器上、下橋臂參考電壓共模分量的主動控制，避免了換流器因重合閘失敗導致的過大的電流浪涌應力給系統安全運行帶來的風險。基于對稱雙極MMC直流側發生雙極短路故障可看成正負極直流母線分別發生單極接地故障的一種特殊情況，因此本發明還可用于對稱雙極MMC直流側發生雙極短路故障的處理。

技術領域

本發明屬于柔性高壓直流輸電系統直流故障保護領域，更具體地，涉及一種對稱雙極MMC直流側單極接地故障穿越和恢復方法。

背景技術

由于能源短缺和環境保護等問題日益凸顯，風力和太陽能等新型可再生能源發電量占總發電量的比例逐漸增加。在我國，風能、太陽能等能源大多集中在偏遠地區，造成了能源和負荷的地理位置分布不均衡，需要長距離、大容量輸送電能。在應用于長距離，大容量輸電時，高壓交流輸電系統的成本和無功損耗隨著輸電距離的增加迅速增加。因此，高壓直流輸電技術逐漸引起國內外學者的關注，并得到了迅速的發展。

基于電壓源型變換器VSC(Voltage Source Converter)的高壓直流輸電HVDC(High-Voltage Direct-Current)技術相對于傳統直流輸電技術具有：無需無功補償、沒有換相失敗風險，可以獨立調節系統的有功和無功功率等優勢，引起了國內外學者廣泛的關注。相比于傳統的兩電平和三電平拓撲結構，模塊化多電平換流器MMC(ModularMultilevel Converter)具有結構高度模塊化、易于擴展、無需多繞組隔離變壓器和輸出電壓諧波低等優點，已在實際工程中得到應用，如美國的Transbay工程、中國的舟山五端柔性直流輸電工程。

對稱雙極接線方案是目前MMC-HVDC系統主要的主接線方案之一。對稱雙極MMC相比對稱單極MMC具有運行方式靈活、輸送容量大、可靠性高、雙極獨立可控等優點。對稱雙極MMC在直流側正負極中點接地，正負極相對獨立。當系統的一極因故障退出運行時，另一極仍能正常運行，并保持一半的額定輸送容量。當前已投運的對稱雙極直流輸電工程有廈門柔性直流輸電工程。

然而，對稱雙極MMC直流側極對地故障的保護仍然是實際工程中的重大挑戰?，F有的MMC-HVDC系統中多采用器件少、造價經濟的半橋子模塊HBSM(Half-Bridge SM)。由于HBSM不具有直流故障自清除能力，則系統會產生過大的故障電流。這不僅會對換流器的器件造成損害，還會對交流系統產生較大的沖擊，影響交流系統的穩定性?，F有技術中，處理對稱雙極MMC直流側單極接地故障主要有以下幾種方法：

1)采用具有直流故障清除能力的子模塊。在直流側發生單極接地故障后，子模塊立即閉鎖。通過子模塊電容建立反向電壓迫使故障電流迅速衰減。但這種方法采用的子模塊相比于半橋MMC需要額外的開關器件使得建設費用較高，運行損耗較大。故障期間，換流器閉鎖對交流系統的功率沖擊大。

2)采用高壓直流斷路器。當直流側發生單極接地故障時，直流斷路器執行開斷操作以開斷直流故障電流。采用這種方法在故障期間，由于故障極退出運行，導致系統傳輸的額定有功功率損失了一半，使得有功功率缺額大。同時，在直流斷路器嘗試重合閘時，若重合閘失敗，則故障極相當于發生“二次短路”，巨大的浪涌電流應力將危害換流器安全運行。

綜上所述，采用高壓直流短路器處理對稱雙極MMC發生單極接地故障時，存在有功功率缺額大，重合閘時浪涌電流應力大的問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了對稱雙極MMC直流極對地故障的穿越方法和恢復策略，旨在解決現有技術在直流側極對地故障期間有功功率缺額大以及直流斷路器重合閘時浪涌電流應力大的問題。